钢板与预应力碳纤维布加固混凝土梁抗剪承载力的方法与流程

本发明涉及一种混凝土梁加固的方法，具体涉及钢板与预应力碳纤维布加固混凝土梁抗剪承载力的方法，主要应用于桥梁加固技术领域。

背景技术：

目前大多数桥梁存在下挠过大，承载力不足问题，特别是一些服役时间较长，承受交通量较大的桥梁。对这些承载力不足的桥梁进行拆除重建既妨碍交通，又不经济，因此并不可取。

现有解决办法是对桥梁进行加固处理，提高桥梁的承载力和刚度，使之能够达到一定等级的荷载要求，继续服役。常见的办法是使用钢板、碳纤维布、预应力碳纤维布等几种材料对旧桥进行加固。钢板加固对提升结构的承载力和刚度有较大的作用，同时钢板也能保护梁混凝土，特别是已经发生裂缝的混凝土，钢板的设置一方面延迟了混凝土的碳化，另一方面，也保护了内部钢筋不受外部环境侵蚀。但是钢板加固一个很明显的缺点是其受力方式，钢板加固为二次受力的方式，只有在梁再次承受荷载时钢板才会受力，才能提供承载力。这对于损伤较轻，挠度不是很大的结构较为有效，但是对于损伤较严重的混凝土梁，作用则不明显。

使用预应力碳纤维布进行加固是一种主动受力的方式，在完成加固之后结构即开始提供承载力，但是使用碳纤维布进行加固也存在一些弊病，比如预应力碳纤维布的锚固问题，由于预应力的设置，需要夹持碳纤维布的波形齿板能牢固地固定在混凝土梁上，而这一点是旧桥所难提供的，因为混凝土碳化会严重影响波形齿板的固定效果。

抗剪加固需要在竖向张拉预应力板材，笨重的张拉设备需要较大的空间，而混凝土梁抗剪承载力加固往往不具备此类条件，因此采用预应力抗剪承载力加固的情况较少。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种钢板与预应力碳纤维布组合加固的、同时也是抗剪承载力加固的混凝土梁加固方法，本发明是这样实现的：

钢板与预应力碳纤维布加固混凝土梁抗剪承载力的方法，包括如下步骤：

步骤1：混凝土梁处理

对混凝土梁进行表面处理，并根据钢板及固定端波形齿板的尺寸和位置在混凝土梁上放样，根据放样位置钻孔，钻孔贯穿混凝土梁，钻孔分别用于固定钢板及固定端波形齿板；放样、钻孔完成后清理混凝土梁的灰尘；

步骤2：钢板的下料及碳纤维布的裁剪

对钢板进行下料处理，钢板与混凝土梁接触面进行拉毛处理；

对碳纤维布进行裁剪，根据波形齿板的宽度裁剪，并保证碳纤维布边缘平整无缺口；

步骤3：钢板的粘贴

在混凝土梁上根据钢板放样位置涂抹环氧胶，在环氧胶固化之前粘贴好钢板，粘贴完成后使用贯穿混凝土梁的固定钢板用螺栓对钢板进行固定；

步骤4：波形齿板及反力块的安装固定

根据步骤1的用于锚固固定端波形齿板的钻孔位置，利用贯穿螺栓，一端锚固固定端波形齿板，另一端固定锚固块，从而将固定端波形齿板和锚固块固定在混凝土梁上，在混凝土梁安装有锚固块的一侧，安装有张拉端波形齿板，张拉端波形齿板的一侧设置有螺杆，螺杆依次穿过锚固块和反力块，在锚固块和反力块之间的螺杆上，设置有螺母；

步骤5：碳纤维布的张拉锚固

将碳纤维布的一端置于固定端波形齿版的底板与盖板之间，使用高强螺栓进行固定，然后将碳纤维布配合钢板方向布置，并将碳纤维布的另一端置于张拉端波形齿板的底板和盖板之间，也使用高强螺栓进行固定，由于张拉端波形齿板没有固定在混凝土梁上，此时将千斤顶置于锚固块和反力块之间施加力即可完成碳纤维布的张拉工作；张拉完成后拧紧锚固块后面的螺母即完成加固安装。

更进一步的方案是：步骤1中，对混凝土梁进行表面处理，包括：对混凝土梁表面进行平整处理，将碳化严重的混凝土凿除，并使用水泥砂浆进行修补，对坑洼较严重的区域使用水泥砂浆进行抹平，保证处理完成后梁表面的最大坑洼深度在3mm以内。

更进一步的方案是：步骤2中，对钢板进行下料处理，是在工厂完成，下料完成后保证钢板没有咬口、毛刺现象。

更进一步的方案是：步骤2中，拉毛处理，钢板的拉毛方向为斜向混凝土梁内侧45度。

更进一步的方案是：步骤3中，钢板粘贴需保证环氧胶充满钢板与梁体之间空隙，并且排净气泡。

更进一步的方案是：所述的固定端波形齿板和张拉端波形齿板均包括底板、盖板以及安装在底板和盖板之间的高强螺栓。

更进一步的方案是：在钢板外表面的转角处设置转向板，转向板材质为聚四氟乙烯，转向板位于碳纤维布和钢板中间，且转向板的宽度不小于碳纤维布的宽度。

更进一步的方案是：所述的张拉端波形齿板进行了加宽的处理，使盖板位于底板之内。

本发明不再是单一的加固方式，而是将钢板加固和预应力碳纤维布加固两种方法进行有效的组合，预应力的施加使结构在完成加固之后即可以提供抗剪承载力，并且预应力可以减小裂缝的宽度，甚至闭合裂缝，同时，解决了预应力碳纤维布材与混凝土梁的粘结问题，将碳纤维布材与钢板进行粘结，粘结效果明显优于粘结在混凝土上。此外张拉碳纤维布设备简单，易于实现，相比于传统笨重的张拉设备，只需一个千斤顶即可完成张拉，简单方便，高效经济。

目前结构加固大多为抗弯承载力加固，由于张拉设备空间影响，以及转向设置困难，采用预应力进行抗剪承载力加固在工程中应用较少，但是结构由于抗剪承载力失效的事故却并不少见，本发明通过以上的结构设置和方法，能对构件抗剪承载力进行有效的加固。

附图说明

图1是抗剪承载力组合加固方法的横断面图；

图2是抗剪承载力组合加固方法的侧面图；

图3是碳纤维布锚固端波形齿板图；

图4是碳纤维布张拉端波形齿板图；

图5是波形齿板侧面图；

图6是张拉端装置图；

其中：1、待加固的混凝土梁体，2、钢板，3、碳纤维布，4、固定端波形齿板，5、张拉端波形齿板，6、锚固块，7、反力块，8、螺杆，9、贯穿螺栓，10、固定钢板用螺栓，11、转向板，12、底板，13、盖板，14、高强螺栓，15、螺母。

具体实施方式

钢板与预应力碳纤维布加固混凝土梁抗剪承载力的方法，通过以下步骤实现：

步骤1：

混凝土梁1的处理，将待加固的混凝土梁1表面进行平整处理，将碳化严重的混凝土凿除，并使用砂浆进行修补，对坑洼较严重的区域使用水泥砂浆进行抹平，保证处理完成后梁表面的最大坑洼深度在3mm以内。然后根据钢板及固定端波形齿板4的尺寸和位置进行放样。并根据放样的位置进行钻孔，钻孔应贯穿混凝土梁1，钻孔分别用于固定钢板2及固定端波形齿板4。放样、钻孔完成之后应再次对混凝土梁1进行处理，主要是清理灰尘。

步骤2：

钢板2下料工作在工厂完成，下料完成后应保证钢板的质量，不能有咬口、毛刺等现象，以防止预应力碳纤维布3被剪破。钢板2与混凝土梁1的接触面进行拉毛处理，钢板的拉毛方向为斜向混凝土梁内侧45度。根据固定端波形齿版4的宽度对碳纤维布3进行裁剪，裁剪应保证碳纤维布3边缘平整无缺口。

步骤3：

钢板2的粘贴。钢板2下料完成后在混凝土梁上根据放样位置涂抹环氧胶，并在环氧胶固化之间粘贴好钢板2，粘贴钢板2应保证环氧胶充满钢板与梁体之间空隙，并且要排净气泡。钢板2定位之后使用贯穿混凝土梁1的固定钢板用螺栓10进行固定。

步骤4：

根据步骤1的用于锚固固定端波形齿板4的钻孔位置，利用贯穿螺栓9，一端锚固固定端波形齿板，另一端固定锚固块6，从而将固定端波形齿板和锚固块固定在混凝土梁上，在混凝土梁安装有锚固块的一侧，安装有张拉端波形齿板5，张拉端波形齿板的一侧设置有螺杆8，螺杆依次穿过锚固块6和反力块7，在锚固块和反力块之间的螺杆8上，设置有螺母15。

步骤5：

碳纤维布3的张拉。在张拉端的波形齿板5不固定，波形齿板5的后面焊接有螺杆8，螺杆8依次通过锚固块6和反力块7。将千斤顶置于锚固块6和反力块7之间施加力即可完成碳纤维布3的张拉工作。张拉完成后拧紧锚固块6之后的螺母15即可。

将碳纤维布3的一端置于固定端波形齿版的底板12与盖板13之间，使用高强螺栓15进行固定，然后将碳纤维布配合钢板方向布置，并将碳纤维布的另一端置于张拉端波形齿板的底板12和盖板13之间，也使用高强螺栓14进行固定。

在钢板外表面的转角处设置转向板11，转向板材质为聚四氟乙烯，转向板位于碳纤维布和钢板中间，且转向板的宽度不小于碳纤维布的宽度。

由于张拉端波形齿板没有固定在混凝土梁上，此时将千斤顶置于锚固块6和反力块7之间施加力即可完成碳纤维布的张拉工作；张拉完成后拧紧锚固块后面的螺母15即完成加固安装。